河南省方城縣青山透輝石礦床地質特征及開發利用前景

姬 果 王永輝 姬清海 羅 雪 許國麗 黃 斐

(1.河南省地質科學研究所；2.河南省地質調查院)

方城縣青山透輝石礦是河南省唯一的透輝石礦床，具有規模大、礦體形態簡單、礦石類型單一、礦物成分簡單、礦石品位高和有害組分低等優點。本研究結合相關地質工作成果，對該礦床地質特征及開發利用前景進行探討。

1 區域成礦地質背景

青山透輝石礦位于方城縣四里店鄉青山一帶，礦區面積0.80 km2，距焦枝鐵路皇后站18 km，有簡易公路相通，交通方便。礦區大地構造位置處于華北陸塊南緣崤山—魯山拱褶斷束東端，拐河斷裂北側。區域地層除新生界第四系外，基巖地層為中元古界熊耳群和汝陽群。熊耳群(Pt2xn)為一套中(偏)基性夾酸性陸相火山巖組合，厚度為3 027～7 171 m，與下伏地層太華巖群呈不整合接觸。地層巖性主要為安山巖、杏仁狀安山巖、流紋質安山巖、流紋巖等，夾凝灰巖、火山碎屑巖等。根據巖石組合和火山噴發韻律，自下而上可劃分為大古石組、許山組、雞蛋坪組和馬家河組，各組之間為整合接觸。汝陽群(Pt2ry)為一套輕微變質的海相碎屑巖-碳酸鹽巖組合，厚度為1 000～1 600 m，呈角度不整合于熊耳群之上。地層巖性主要為礫巖、石英砂巖、長石石英砂巖、頁巖、白云質灰巖和白云巖等[1]。根據巖石組合、化石特征，自下而上分為云夢山組、白草坪組和北大尖組。

區域上發育有NW向和NE向斷裂，前者規模較大，多具有韌—脆性特征；后者規模較小，具有左行走滑特征。2組斷裂在燕山晚期對內生熱液礦產的形成具有重要的控制作用。區域上巖漿活動強烈：一是中元古代熊耳期大規模的陸相火山噴發，形成了一套中(偏)基性夾酸性陸相火山巖系；二是燕山晚期大規模酸性巖漿侵入，細粒鉀長花崗巖、細粒二長花崗巖、白云二長花崗斑巖、黑云二長花崗巖、角閃黑云石英二長巖等廣泛分布，其中燕山晚期大規模酸性巖漿侵入活動對內生熱液礦產的形成具有重要的控制作用。

區域礦產主要有金、銀、鉛、鋅、鐵，次有錳、滑石、鉀長石和透閃石等。礦床成因類型主要為巖漿熱液充填交代型，其次為矽卡巖型、斑巖型和沉積型。

2 礦區地質特征

礦區基巖裸露好，除少量第四系松散沉積物外，基巖地層為中元古界熊耳群馬家河組、汝陽群云夢山組和北大尖組(圖1)[1]。馬家河組(Pt2m)分布于礦區西南角及外圍，巖性主要為片理化杏仁狀安山巖、氣孔狀安山巖，夾少量變砂巖、變粉砂巖和絹云片巖等，氣孔、杏仁及斑晶拉長定向排列，構造片理明顯。云夢山組(Pt2y)分布于礦區東北角及外圍，角度不整合于馬家河組之上，與北大尖組為斷層接觸，巖性主要為礫巖、紫紅色石英砂巖、頁巖，夾赤鐵礦層等。北大尖組(Pt2bd)在礦區內廣泛分布，與熊耳群馬家河組、汝陽群云夢山組均為斷層接觸，區域上巖性主要為灰白色—黃褐色石英砂巖、長石石英砂巖，夾少量灰綠色砂質頁巖和海綠石石英砂巖，頂部為白云石(質)大理巖。礦區內北大尖組發育不全，自下而上可劃分為4層：①石英砂巖，厚度大于100 m；②透輝石化白云質大理巖，厚度為70～150 m；③透輝石(矽卡)巖(礦體)，為白云石大理巖(原巖)經矽卡巖化作用后形成，厚度為20～30 m；④透輝石化白云質大理巖，厚度為80～150 m。

圖1 方城縣青山透輝石礦區地質特征

礦區為一單斜構造層，地層產狀為35°∠75°，有F2、F32條NW向斷層從礦區西南部和東北部通過。F2斷層產狀為215°∠80°，F3斷層產狀為215°∠70°，2條斷層破碎帶內均有斷層巖發育，均屬成礦后斷裂，構成了礦床西南部和東北部邊界。

礦區內未見巖漿巖。礦區西北部和東部外圍均有大面積燕山晚期黑云母花崗巖侵入于熊耳群馬家河組、汝陽群云夢山組和北大尖組中。黑云母花崗巖具有似斑狀結構，基質為細粒花崗結構，塊狀構造。似斑晶為鉀長石，基質為石英、鉀長石、斜長石、黑云母等，具有殼源S型花崗巖特征，為透輝石礦的重要控礦因素。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

該透輝石礦屬矽卡巖型礦床，受礦區外圍西北部和東部黑云母花崗巖體與汝陽群北大尖組中的白云質大理巖夾白云石大理巖層矽卡巖化作用形成的矽卡巖(化)帶控制。矽卡巖(化)帶，也可稱為透輝石礦帶，由北大尖組中透輝石化白云質大理巖夾透輝石(矽卡)巖組成，礦帶東西兩端延伸至礦區以外，總長約4 300 m，厚度為175～300 m，走向NW，傾向30°～40°，傾角70°～85°。礦區圈出了1個透輝石礦體(K1)，呈穩定的厚板狀賦存于矽卡巖(化)帶中部。K1礦體長度大于1 400 m，兩端均延伸至礦區以外，由3條勘查線剖面控制，控制長800 m，厚度為19～30 m，平均為24 m，厚度變化系數為23.2%，產狀與矽卡巖(化)帶基本一致。礦體直接頂、底板均為透輝石化白云質大理巖。礦體內部結構簡單，未見夾石。圍巖蝕變以透輝石化為主，可見弱透閃石化、弱硅化、弱蛇紋石化等。透輝石化白云質大理巖可作為直接找礦標志。

3.2 礦石特征

礦石自然類型簡單，為單一的透輝石(矽卡)巖，呈白色—灰白色，具有粒柱狀變晶結構，塊狀構造，致密堅硬。礦物成分主要為透輝石(80%～90%)、透閃石(7%～9%)、蛇紋石(4%～6%)和少量方解石(1%～3%)，石英和白云石等微量。透輝石無色透明，半自形—自形晶粒柱狀，粒徑2～7 mm，個別達10 mm，集合體為束狀和放射狀，分布均勻，顆粒間緊密鑲嵌，少部分被蛇紋石和透閃石交代。透閃石無色透明，單晶為長柱狀和針狀，多呈放射狀、束狀集合體，略顯紋層狀分布。方解石無色透明，半自形晶粒狀，不均勻分布于透輝石顆粒之間。蛇紋石蛇綠色，細鱗片狀集合體，不均勻分布于透輝石顆粒之間，少量呈脈狀分布于透輝石的裂隙中。白云石無色透明，被透輝石交代呈他形粒狀，不均勻分布于透輝石顆粒之中。石英呈他形粒狀不均勻分布于透輝石顆粒之中。礦石化學成分主要為SiO2、MgO和CaO，其次為CO2、FeO、Fe2O3和Al2O3，K2O、Na2O和TiO2微量，其中SiO2、MgO、CaO含量均與透輝石理論值接近，且含量變化區間均小(表1)。礦石中透輝石含量為83.33%～89.45%，平均87.52%，變化系數為1.81%；透閃石含量約8%；透閃石+透輝石含量約95%。礦區提交的(333)透輝石礦物資源儲量為197.28萬t，屬大型礦床。

表1 透輝石礦石化學成分 %

3.3 礦床成因

透輝石礦床成因類型有矽卡巖型和區域變質型2種。根據控礦條件、礦床特征的分析，矽卡巖礦床的形成過程包括矽卡巖期和石英—硫化物期、矽卡巖期可進一步劃分為早期矽卡巖階段、晚期矽卡巖階段和氧化階段。該礦床成礦作用主要集中于矽卡巖期的早期階段和晚期階段。早期矽卡巖階段，又稱干矽卡巖階段。該階段是在超高溫條件下，燕山晚期花崗巖漿熱液與汝陽群北大尖組白云質大理巖夾白云石大理巖中的白云石發生交代作用形成透輝石，化學反應為

CaMg(CO3)2+SiO2→CaMg[Si2O6]+CO2↑ .

(1)

(白云石)(透輝石)

晚期矽卡巖階段，又稱濕矽卡巖階段。該階段是在超臨界點左右的氣化高溫條件下進行的，燕山晚期巖漿氣化—高溫熱液與早期形成的透輝石作用，同時與北大尖組的白云質大理巖夾白云石大理巖中的白云石發生交代作用形成透閃石，化學反應為

CaMg[Si2O6]+Mg2++H2+→Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2+2Ca2+.

(2)

(透輝石)(透閃石)

CaMg(CO3)2+SiO2+H2O→Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2+CO2↑.

(3)

(白云石)(透閃石)

總體上，該礦床控礦因素和形成過程簡單，是保障礦石類型單一和礦物成分簡單的先決條件，同時質純的白云石大理巖是形成透輝石富礦的必備條件。

3.4 找礦方向

青山礦區東部(5～12 m)的方城縣拐河鎮一帶出露的基巖地層為大面積的中元古界汝陽群云夢山組和北大尖組，在拐河鎮西(2～5 km)有大面積燕山晚期黑云母花崗巖侵入于云夢山組和北大尖組之中，北大尖組中的白云質大理巖和白云石大理巖層具有透輝石化、透閃石化，可見金、鉬和鉛鋅礦化、硅化和絹云母化等矽卡巖化現象，成礦地質背景與青山礦區相近，為十分有利的找礦靶區。

4 開發利用前景

透輝石是含鈣鎂具有鏈狀結構的硅酸鹽礦物，化學式為CaMg[Si2O6]，其中，w(SiO2)為55.6%，w(MgO)為18.5%，w(CaO)為25.9%，屬單斜晶系，晶體為柱狀，橫切面為正方形，集合體呈粒狀、棒狀或放射狀，具有淺綠—淺灰—灰白色，玻璃光澤，硬度為5～6，密度為3.3～3.4 g/cm3，熔點為1 391 ℃。透輝石因不含有結構水和吸附水，在加熱時晶體—鈣鎂偏硅酸鹽固溶體非常穩定，直至其熔點既無燒失又不出現晶型轉變。透輝石作為陶瓷原料，具有坯體易干燥、燒成溫度低、燒成時間短和燒成范圍寬、產品熱膨脹率和吸水率低、機械強度高等優點，可以實現低溫快燒和節能降耗，是一種較好的新型陶瓷節能原料[2]。透輝石在日用陶瓷中用量一般為20%～50%，在電瓷中用量為60%～70%，燒成溫度較傳統配方一般低100～250 ℃，燒成時間更短，可節能20%～40%。

硅灰石是國內外公認的最佳低溫快燒節能陶瓷原料，透輝石的節能降耗效果優于硅灰石。吉林集安透輝石用于生產釉面磚，素燒溫度比傳統配方低240～270 ℃，比硅灰石配方低60～90 ℃；釉燒溫度比傳統配方低170～190 ℃，比硅灰石配方低60～80 ℃；燒成時間由傳統配方的60 h縮短為1 h[3]。

透輝石陶瓷技術工藝成熟，陶瓷生產商僅需調整原料配方、降低燒成溫度和縮短燒成時間，無需更新生產設備，便可進行規模生產，實現節能降耗、提高經濟效益。透輝石不限于生產日用陶瓷，也可以生產精瓷和高頻電瓷[4]。目前，陜西、甘肅、山東、福建、遼寧等省份的透輝石礦已被規模化開發，用于生產透輝石陶瓷。寶雞西山透輝石礦年產量近百萬噸，被當地十余家陶瓷廠和河北、山西等鄰近省份的部分陶瓷廠用于生產透輝石陶瓷，透輝石用量為20%～30%，產品性能明顯優于傳統陶瓷，實現了低溫快燒，節約了能源，降低了成本[5]。

透輝石不僅可用于生產陶瓷，也可用于生產微晶玻璃、冶金保護渣、有色金屬的鑄型用砂、鑄石和電焊條[6]以及橡膠、塑料和油漆的填料[7]，改性的透輝石還可用于吸附飲用水中余氯[8]，總體上，透輝石的應用領域仍在不斷拓寬之中，具有廣闊的開發利用前景。

5 結論與建議

(1)青山透輝石礦的形成受燕山晚期黑云母花崗巖和汝陽群北大尖組中的白云質大理巖夾白云石大理巖的雙重控制，屬矽卡巖型礦床，成礦時代為燕山晚期。矽卡巖期早期階段為透輝石形成的主要階段。

(2)青山透輝石礦具規模大、礦石類型單一、礦物成分簡單、礦石品位高，有害組分低等優點，可大規模用于生產陶瓷，也可用于生產微晶玻璃、冶金保護渣、有色金屬的鑄型用砂、鑄石和電焊條以及橡膠、塑料、油漆的填料等，應用領域寬，市場需求量大，開發利用前景廣闊。

(3)目前，青山透輝石礦地質工作程度較低，建議進一步開展勘查工作，以期早日實現開發利用。透閃石與透輝石性質相似，用途基本相同，屬有用礦物，在進一步勘查時，應精確計算透閃石含量，一并參加儲量計算。

(4)方城縣拐河鎮一帶與青山礦區的成礦地質背景相近，為尋找透輝石礦的有利靶區，應及時開展勘查工作。